CC BY
8
ТЕХНОЛОГИЯ И ОБОРУДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ И ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
УДК 621.923.046; 621.9.04
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-563-569
ПРОГРАММНЫЙ КОМПЛЕКС АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ОПЕРАЦИЙ БЕСЦЕНТРОВОГО ШЛИФОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКИХ ДЕТАЛЕЙ
О.П. Решетникова, Б.М. Изнаиров, А.Н. Васин, Д.Ю. Финогеев, Г.А. Семочкин, В.С. Еременко
В статье приводится разработка алгоритма САПР операций бесцентрового шлифования на основе расчетных моделей. Представленная блок-схема алгоритма предназначена для расчета параметров бесцентрового шлифования деталей сферической формы. Дано подробное описание каждого блока блок-схемы. Сделан вывод о возможности разработки соответствующей компьютерной программы на различных языках высокого уровня, таких как, С++ или Pithon.
Ключевые слова: сфера, полый шарик, шарик, бесцентровое шлифование, САПР, программа, шлифование, рабочая зона, рациональные значения, моделирование.
Метод обработки шаров на универсальных бесцентрово-шлифовальных станках предназначен для их предварительной и финишной обработки в условиях серийного производства на различных машиностроительных предприятиях [1, 2]. Этот метод обладает очень высокой производительностью и обеспечивает высокую точность формы обработанной сферы. В силу специфических особенностей схемы, операции обработки сферических деталей на бесцентрово-шлифовальных станках легко автоматизируются даже в условиях среднесерийного производства.
Однако при технологической подготовке этих операций требуется предварительно определить рациональные значения наладочных параметров. В настоящее время методики подготовки этих данных нет.
Такая методика должна предусматривать выдачу технологу четких рекомендаций по назначению параметров рабочей зоны, параметров режима обработки, в зависимости от технических требований, и обоснованного прогноза результатов обработки.
В данной статье показан результат объединения впервые полученных авторами результатов оригинальных исследований [3, 4, 5, 6] в единый программный комплекс автоматизированного проектирования операций бесцентрового шлифования сферических деталей.
Ниже, на рис. 19, представлена блок-схема алгоритма подготовки рациональных значений наладочных параметров рабочей зоны бесцентрово-шлифовального станка и определения числовых значений элементов режима операций бесцентрового шлифования сферических деталей в зависимости от требуемых результатов обработки на основе ранее полученных аналитических зависимостей.
В блоке начала формируется массив исходных данных, необходимых для аналитического определения величин наладочных параметров технологической системы станок-приспособление-инструмент-деталь.
Параметры рабочей зоны: DB - диаметр ведущего круга; ¡5 - угол наклона транспортирующей канавки ведущего круга; DШ - диаметр шлифовального круга; U - отношение диаметра заготовки к диаметру ведущего круга; b / c - дробная часть отношения диаметра ведущего круга к диаметру заготовки; ds - номинальный диаметр сферической заготовки; d - номинальный диаметр обработанной сферической детали;
Требования к точности обработанной детали: Td - допуск на диаметр сферы; [дСФ ] - допуск круглости сечения сферической детали; [ДОГР ] - допуск огранки сферической поверхности; [^д] -
максимально допускаемое значение среднеарифметического отклонения микропрофиля сферической поверхности; [д В ] - допуск волнистости сферической детали;
Параметры характеристики шлифовального круга:
Д РБ - величина радиального биения ведущего круга;
201, 202, 203,204 - количество абразивных зерен на 1 мм2 поверхности шлифовального круга; d01, d02, d03, d04 - величина абразивных зерен (зернистость) шлифовального круга; ЯЗ - величина радиуса округления абразивных зерен шлифовального круга.
Параметры режима обработки: УКР - скорость резания (линейная скорость вращения шлифовального круга); Уд - линейная скорость вращения ведущего круга; t - глубина резания; пВ - частота
вращения ведущего круга; 2 - припуск на обработку (на сторону).
Дополнительные характеристики: К - коэффициент уменьшения (К = 0,5 - 0,7); К1 - коэффициент увеличения значения угла скоса опорного ножа атП; - коэффициент трения заготовки с опорным ножом; /2 - коэффициент трения заготовки с ведущим кругом.
Первая часть блок-схемы (блоки № 1-11) аналогична расчетам, приведенным в работе [7] для САПР операции бесцентрового шлифования цилиндрических деталей и представлена на рис. 1. В данных блоках, исходя из начальных параметров рабочей зоны, производится вычисление погрешности размера обработанной детали по диаметру возникающая из-за особенностей схемы ее базирования при бесцентровой обработке, а также корректировка в цикле угла скоса опорного ножа а и величины превышения оси обработанной детали над плоскостью расположения осей ведущего и шлифовального кругов Их с целью уменьшения величины этой погрешности до допускаемого значения.
Рис. 1. Блоки корректировки значений параметров рабочей зоны для уменьшения погрешности операционного размера до допускаемого значения
Вторая часть блок-схемы является специфической для обработки полно-сферических деталей. В двенадцатом блоке (рис. 2) вычисляется минимально необходимое число оборотов заготовки для обработки всей поверхности сферы (минимальное число кольцевых лысок для покрытия всей сферы) п тт с учетом коэффициента перекрытия лысок К , а в тринадцатом блоке это значение округляется до ближайшего большего целого.
. Кя«<3 4-Д.
1
Округление "„в, до целого
Рис. 2. Двенадцатый и тринадцатый блоки САПР бесцентрового шлифования
сферической поверхности
В четырнадцатом блоке (рис. 3) выполняется вычисление суммарной погрешности формы сферической поверхности.
В пятнадцатом блоке (рис. 4) выполняется сравнение величины вычисленной погрешности Д^ с ее допускаемым значением [Д СФ ].
Рис. 3. Четырнадцатый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
Рис. 4. Пятнадцатый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
Если вычисленная погрешность А^ превышает допускаемое значение [АСФ ], блоком 16 (рис. 5) программа корректирует в сторону уменьшения величину радиального биения ведущего круга А , которую необходимо обеспечить его правкой, с шагом 0,1 - А .
Д„ =0,9-Д,
Рис. 5. Шестнадцатый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
После этого расчет А^ повторяется в цикле до достижения соответствия величины погрешности формы условию Ае < [АСФ ].
В семнадцатом блоке (рис. 6) выполняется вычисление значения п-го члена ряда, определяющего число пересечений кольцевых лысок друг с другом при целом пт1П.
я„=дг, +2.(^-1)
Рис. 6. Семнадцатый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
В восемнадцатом блоке (рис. 7) выполняется вычисление суммы ряда, т.е. общего числа площадок пересечения кольцевых лысок:
Рис. 7. Восемнадцатый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
В девятнадцатом блоке (рис. 8) выполняется вычисление - количества волн в произвольном сечении сферы (гармоника):
7 „О 1К!
Рис. 8. Девятнадцатый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности В двадцатом блоке (рис. 9) выполняется вычисление средней величины шага волн Ьш :
и- =
Рис. 9. Двадцатый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности В двадцать первом блоке (рис.10) выполняется вычисление высоты волн (волнистость):
Рис. 10. Двадцать первый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
565
В двадцать втором блоке (рис. 11) вычисленное значение высоты волнистости W2 сравнивается с ее допускаемым значением [д в ].
Рис. 11. Двадцать второй блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
Если вычисленная высота превышает допускаемое значение, алгоритм корректирует в сторону уменьшения величину радиуса округления вершин абразивных зерен Я , которую необходимо обеспечить правкой шлифовального круга, с шагом 0,1 • Яз, в связи с чем блоком 23 (рис. 12) в цикле корректируется значение.
Я, = 0.9-Л,
Рис. 12. Двадцать третий блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
После этого расчет W2 повторяется в цикле до достижения условия: W2 < [Д в ]. В двадцать четвертом блоке (рис. 13) выполняется вычисление длины дуги контакта шлифовального круга со сферической поверхностью Ь:
Рис. 13. Двадцать четвертый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
В двадцать пятом блоке (рис. 14) с учетом предыдущего результата выполняется вычисление величины среднего арифметического отклонения микропрофиля сферической поверхности Яа [6].
Рис. 14. Двадцать пятый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
В двадцать шестом блоке (рис. 15) вычисленное значение Яа сравнивается с его допускаемым значением [Яа]:
Рис. 15. Двадцать шестой блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
Если вычисленная высота превышает допускаемое значение, программа блоком 27 (рис. 16) корректирует значения d0 и 20:
Рис.16. Двадцать седьмой блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
После этого расчет Яа повторяется в цикле до достижения условия: Яа < [Яа ]. В двадцать восьмом блоке (рис. 17) выполняется вычисление частоты вращения заготовки Пз :
Е>я
Рис. 17. Двадцать восьмой блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
В двадцать девятом блоке (рис. 18) выполняется вычисление длительности цикла обработки одной сферической заготовки:
^Г_ "пи
Рис. 18. Двадцать девятый блок САПР бесцентрового шлифования сферической поверхности
Тридцатый блок выполняет вывод на печать или на дисплей расчетных параметров рабочей зоны бесцентрово-шлифовального станка для шлифования сферической детали: к , а Б В , режимов
обработки: £ВР , t, Т и результатов обработки: А^ , Ш 2 , Яа , Е .
Приведенный на рис. 19 алгоритм позволяет разрабатывать соответствующие компьютерные
программы на различных языках высокого уровня, например, или Pithon, позволяющих относительно просто встраивать в качестве подпрограмм управляющие программы для бесцентрово-шлифовальных станков с ЧПУ.
Итоге Звод исходны* дшыых
г>. г.г е..г.".г, ¿_
<„ -(..им.к.],и..,|.(-М.К1,1~л.г„. - ~Т -
с
—Г~
Т
ало.
А
Округлен* К Л ДО целого 1
I
а шХ,
_ь, И— =---
1
Округление до целого
Л„ .9,».д„
Я, -0.5 Л,
Рис. 19. Блок-схема алгоритма системы автоматизированного проектирования операций бесцентрового шлифования сферических поверхностей на основе расчетных моделей
Заключение. В тех случаях, когда используются универсальные бесцентрово-шлифовальные станки, предлагаемый программный комплекс автоматизированного проектирования операций бесцентрового шлифования сферических деталей позволяет предельно быстро получить, исходя из технических требований к детали, рациональные значения наладочных параметров в условиях среднесерийного производства. Последнее обстоятельство является большим достижением и впервые дает возможность использовать эти станки для обработки полно-сферических деталей.
Статья подготовлена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - кандидатов наук № МК-3287.2022.4.
Список литературы
1. Бесцентровое шлифование // под ред. З.И. Кремня. 3-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1986. 92 с.
2. Ашкиназий Я.М. Бесцентровые круглошлифовальные станки. М.: Машиностроение, 2003.
352 с.
3. Аналитическое определение необходимой величины угла скоса опорного ножа при круглом бесцентровом шлифовании / О.П. Решетникова, Б.М. Изнаиров, А.Н. Васин [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2021. Вып. 8. С. 303-308. DOI 10.24412/2071-61682021-8-303-308.
4. Определение величины суммарной погрешности наладочного размера при бесцентровом шлифовании шариков / О.П. Решетникова, Б.М. Изнаиров, А.Н. Васин [и др.] // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2021. № 2(116). С. 14-19. DOI 10.30987/2223-4608-2021-2-14-19.
5. Определение рациональных параметров рабочей зоны при бесцентровом шлифовании / О.П. Решетникова, Б.М. Изнаиров, А.Н. Васин [и др.] // Наукоемкие технологии в машиностроении. 2020. № 5(107). С. 23-28. DOI 10.30987/2223-4608-2020-5-23-28.
6. Аналитическое определение параметров микрорельефа, образующегося в результате бесцентрового шлифования полной сферы / О.П. Решетникова, Б.М. Изнаиров, А.Н. Васин [и др.] // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2021. Т. 17. № 5. С. 111-117. DOI 10.36622/VSTU.2021.15.5.016.
7. Алгоритм САПР операций бесцентрового шлифования на основе расчетных моделей / О.П. Решетникова, Б.М. Изнаиров, А.Н. Васин [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2022. № 8. С. 258-266. DOI 10.24412/2071-6168-2022-8-258-266.
Решетникова Ольга Павловна, канд. техн. наук, доцент, olgareshetnikova1@yandex.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Изнаиров Борис Михайлович, канд. техн. наук, доцент, bageev1@mail.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Васин Алексей Николаевич, д-р техн. наук, профессор, vasin@sstu.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Финогеев Даниил Юрьевич, магистрант, daniil.sstu@smail.com, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Семочкин Геннадий Анатольевич, аспирант, gena-79@inbox.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А.,
Еременко Виктор Сергеевич, магистрант, vitya.yermenko. 01@bk.ru, Россия, Саратов, Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А
SOFTWARE PACKAGE FOR COMPUTER-AIDED DESIGN OF CENTERLESS GRINDING OPERATIONS OF
SPHERICAL PARTS
O.P. Reshetnikova, B.M. Iznairov, АМ. Vasin, D. Yu. Finogeev, G.A. Semochkin, V.S. Eremenko
The article presents the development of a CAD algorithm for centerless grinding operations based on computational models. The presented block diagram of the algorithm is designed to calculate the parameters of centerless grinding of spherical parts. The paper gives a detailed description of each block of the flowchart. It is concluded that it is possible to develop a corresponding computer program in various high-level languages, such as C+ + or Pithon.
Key words: sphere, hollow ball, ball, centerless grinding, CAD, program, grinding, working area, rational values, modeling.
Reshetnikova Olga Pavlovna, candidate of technical sciences, docent, olgareshetnikova1@yandex. ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Iznairov Boris Mikhailovich, candidate of technical sciences, docent, bageev1@mail.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Vasin Alexey Nikolaevich, doctor of technical sciences, professor, vasin@sstu.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Finogeev Daniil Yurievich, master, daniil.sstu@gmail. com, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin , Russia.,
Semochkin Gennady Anatolevich, postgraduate, gena-79@inbox.ru, Russia, Saratov, Yuri Gagarin State Technical University of Saratov,
Eremenko Viktor Sergeevich, master, vitya. yermenko. 01 @bk. ru, Russia, Saratov, Saratov State Technical University named after Yuri Gagarin
УДК 621.7.09
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-9-569-575
ПОЛИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ С АЛМАЗНЫМ ПОКРЫТИЕМ РАЗЛИЧНЫМИ
РЕЖИМАМИ ОБРАБОТКИ
А.В. Королев, Д.Н. Охлупин, И.В. Синев, К.А. Авдонин
Рассматриваются результаты проведения экспериментальных исследований процесса меха-нохимического полирования поликристаллического алмазного PVD покрытия деталей типа тел вращения. Предложен новый способ полирования и устройство для полирования поликристаллического алмазного покрытия деталей типа тел вращения инструментом в виде металлической щетки. Чашечная металлическая щетка вращается вокруг своей оси, а заготовка вращается и перемещается вдоль оси вращения. Под действием ударов щетинок щетки наиболее выступающие микронеровности поликристаллической алмазной поверхности скалываются, а затем вершины мелких микронеровностей подвергаются термохимическому процессу графитизации. В результате этого за короткое время достигается шероховатость, соответствующая полированной поверхности. Приведены результаты экспериментальных исследований, построены математические и графические зависимости, описывающие влияние факторов процесса на эффективность процесса полирования. Показано, что наиболее значимое влияние на шероховатость поверхности оказывают скорость вращения и поперечная подача инструмента, а скорость вращения заготовки оказывает меньшее влияние. Результаты выполненных экспериментальных исследований могут использоваться в инструментальном производстве различного, в том числе режущего инструмента с алмазным покрытием, а также при производстве элементов микроэлектроники, силовой оптики лазеров с высокой мощностью излучения, деталей топливной аппаратуры двигателей внутреннего сгорания, хирургических инструментов, подшипников, и многих других изделий, работающих в условиях повышенного трения и износа.
Ключевые слова: алмазное покрытие, полирование, шероховатость поверхности, эксперимент, режим обработки.
Из числа различных методов увеличения надежности и износостойкости деталей машин в последнее время большое распространение среди ведущих мировых лидеров машиностроительного производства получил метод PVD - вакуумный метод физического нанесения высокопрочного поликристаллического алмазного покрытия из паровой фазы. Недостатком этого метода является то, что созданное данным методом покрытие изначально имеет недостаточно низкую шероховатость. Поэтому после нанесения этого покрытия для уменьшения шероховатости поверхность детали должна пройти технологическую операцию полирования.
Полирование поверхности, покрытой алмазоподобным покрытием, до недавнего времени представляло собой довольно сложную технологическую задачу. Причиной этого является его высокая твердость. Из-за высокой твердости покрытия существующие методы полирования алмаза алмазными пастами [1-3] или сухого полирования в неподвижной абразивной среде [4] не обеспечивают достаточно низкой шероховатости поверхности и производительности. Поэтому на смену им предложены другие методы. Наиболее перспективным методом является метод термохимической обработки [5-8].
